碳纖維增強塑料的應用

碳纖維增強塑料的應用

隨著復合材料的不斷開發，除了玻璃纖維增強塑料之外，又出現了碳纖維增強塑料、硼纖維增強塑料等。碳纖維是用粘膠絲、聚丙烯腈纖維和瀝青絲等為原料，在300~1000℃下碳化而成的。碳纖維的直徑極細，有7微米左右，但它的強度卻異常的高。

碳纖維增強塑料在飛機、火箭、導彈、宇宙航行方面的應用已越來越廣泛。它首先被用于飛機制造上，可減輕飛機的自重，提高飛行效率。用碳纖維增強塑料代替鋁合金或鈦合金，可使飛機的總重量減輕15%，如果使用等量的燃料，飛機能增加飛行距離10%，上升率增加10%，起飛時跑道可縮短15%。

碳纖維增強塑料的特性

(1)強度高，彈性好：碳纖維的比強度(即抗拉強度與密度的比值)是鋼的6倍，是鋁的17倍；比模量(即楊氏模量與密度的比值，是物體彈性好壞的一個標志)是鋼或鋁的3倍以上。比強度高，就能承受較大的工作負荷，其最大工作壓力可用到350公斤/厘米2。此外，它的壓縮率和回彈性均比純F-4及其編織物要大。

(2)耐疲勞和耐磨性好：它的耐疲勞特性，比環氧樹脂高得多，也比金屬材料高；石墨纖維具有自潤滑性，摩擦系數很小，其磨損量比一般石棉制品或F-4編織物小5~10倍。

(3)導熱和耐熱性能好：碳纖維增強塑料導熱性好，摩擦產生的熱量容易散發出去，內部不易過熱和蓄熱，可以作為動密封材料。在空氣中，它可以在-120~350℃的溫度范圍內穩定工作。隨著碳纖維中堿金屬含量的減少，使用溫度還有可能進一步提高；在惰性氣體中，它適應溫度可達到2000℃左右，而且能經受冷熱的急劇變化。

(4)耐振動性好：不易發生共振或顫振，也是減振消音的優良材料

碳纖維增強塑料的應用

(1)做密封填料：用碳纖維增強聚四氟乙烯材料，可制成耐腐蝕、耐磨損、耐高溫的密封環或盤根；用于靜密封時壽命則更長，比一般油浸石棉盤根長10多倍。它在負荷發生變化和急冷、急熱情況下，都能保持密封性能，并且由于材料不含有腐蝕性物質，因此對金屬不會發生點蝕。

(2)做承磨零件：利用它具有自潤滑性的特點，可以做特殊用途的軸承、齒輪和活塞環。如航空儀表和磁帶錄音機用的無油潤滑軸承，電氣傳動內燃機車用的無油潤滑齒輪(可避免滲漏油引起的事故)，壓縮機上的無油潤滑活塞環等。此外，還可利用它無毒性的特點，用于食品和醫藥工業做滑動軸承或密封件。

(3)做航天、航空、導彈的結構材料。碳纖維增強塑料從七十年代問世以來，發展很快，應用日益廣泛。我國在1980年已試制成功并投入生產，用于化工、石油、電子、電力、機械等行業，作為旋轉或往復式動密封或各種靜密封材料。